芯片是如何制造的，最重要的步骤是什么?

[导读]这种能力大部分来自微芯片。2021年，半导体单位销量达到创纪录的1.15万亿出货量。制造微芯片绝非易事。

现代数字设备，智能手机、个人电脑、游戏机等等都结合了强大的技术。这种能力大部分来自微芯片。2021年，半导体单位销量达到创纪录的1.15万亿出货量。制造微芯片绝非易事。制造任何芯片都需要众多工艺流程的参与。让我们了解六个关键的半导体制造步骤：沉积、光刻胶、光刻、蚀刻、电离和封装。

沉积

该过程从硅晶圆开始。晶圆是从纯度为 99.99% 的萨拉米形硅条(称为“硅锭”)上切片而成，并抛光至极其光滑。导电、隔离或半导体材料的薄膜(取决于所制造的结构类型)沉积在晶圆上，以便在其上印刷第一层。这一重要步骤通常称为“沉积”。

随着微芯片结构“缩小”，晶圆图案化过程变得更加复杂。沉积、蚀刻和光刻技术的进步(稍后详细介绍)是微缩技术和追求摩尔定律的推动者。这些进步包括新材料的使用和创新，可以提高沉积这些材料时的精度。

光刻胶涂层

然后，晶圆上覆盖一层光敏涂层，称为“光刻胶”，简称“光刻胶”。有两种类型的抗蚀剂：正抗蚀剂和负抗蚀剂。

正性和负性抗蚀剂之间的主要区别在于材料的化学结构以及抗蚀剂与光反应的方式。使用正性抗蚀剂，暴露在紫外线下的区域会改变其结构并变得更易溶解，为蚀刻和沉积做好准备。负性抗蚀剂的情况正好相反，受光照射的区域会发生聚合，这意味着它们变得更强并且更难以溶解。正性抗蚀剂最常用于半导体制造，因为其更高的分辨率能力使其成为光刻阶段的更好选择。

全球有多家公司生产用于半导体制造的光刻胶，例如富士电子材料公司、陶氏化学公司和 JSR 公司。

光刻

光刻是芯片制造过程中的关键步骤，因为它决定了芯片上晶体管的尺寸。在此阶段，芯片晶圆被插入光刻机，暴露在深紫外(DUV)或极紫外(EUV)光下。这种光的波长范围从 365 nm(用于不太复杂的芯片设计)到 13.5 nm(用于产生芯片的一些最精细的细节，其中一些细节比沙粒小数千倍)。

沉积、光刻、刻蚀以及等离子注入是半导体和超越摩尔领域制造工艺的4大关键技术。在新晶圆产线的投资建设中，约80%的投资用于购买设备，薄膜沉积设备更是占据其中约25%的比重。业界主流的薄膜沉积工艺主要有原子层沉积(ALD)、物理式真空镀膜(PVD)和化学式真空镀膜(CVD)等。其中ALD属于CVD的一种，是当下最先进的薄膜沉积技术。调研机构GIR相关报告表明，全球原子层沉积(ALD)设备的市场规模在2021-2026年的年复合增长率预计达到25.1%，将从2019年的10.661亿美元增至2026年的26.129亿美元。

40年ALD积淀加持，思锐智能携手国家级创新中心加速产业布局

“专注ALD创新、助力超越摩尔“，2021年5月，ALD设备和服务提供商——青岛四方思锐智能技术有限公司(以下简称思锐智能或SRII)与国家智能传感器创新中心(以下简称国创中心或NISIC)的战略合作签约仪式在上海正式启动，思锐智能总经理聂翔先生、国创中心副总裁焦继伟博士代表出席现场签约。双方向与会人员表示，此次战略合作将面向超越摩尔领域，基于原子层沉积(ALD)技术开展MEMS、CMOS图像传感器等重要领域的联合研发，携手深度合作，致力于加速超越摩尔领域的产业落地与技术创新。

聂翔先生表示：“以上海为代表的长三角地区是中国半导体产业的高地，国创中心也是中国超越摩尔领域首屈一指的领导者机构。借力思锐智能旗下BENEQ公司近40年ALD技术的研发经验以及世界一流的ALD设备和解决方案，双方深度合作，将共同组建超越摩尔领域的技术中心和产业化中心，以开放包容的机制为行业提供全面、系统的技术解决方案，一起推进超越摩尔领域的产业化与创新化发展。”其中，思锐智能的8”ALD设备已经在国创中心的超越摩尔研发中试线上成功装备，对标国家战略性新兴产业的发展需求。

焦继伟博士表示：“国创中心与思锐智能的战略合作将以ALD设备和技术作为起点和支点，未来在制造设备的本土化，包括半导体的新材料、MEMS新工艺，以及ALD人工智能、互联网新应用等方向进行探索。此次签约仪式标志着双方合作跨上新的台阶，我们期待双方以及更多产业伙伴在超越摩尔的赛道上携手前进，共同发展。”

ALD技术成“首选”，BENEQ TransformTM 突破产能效率边界和性能新高度

事实上，随着新材料、新制程、新工艺在新兴半导体制造行业的应用与发展，ALD技术可以使得材料以单原子膜(0.1nm)形式沉积在基板表面的特性，在沉积层的厚度控制、3D异形材料表面均匀度、表面无针孔、折射率等方面具有显著优势，因此特别适用于MEMS、CMOS图像传感器等产品的制造与生产，并逐渐成为超越摩尔领域的镀膜沉积技术首选。

对此，思锐智能全资子公司——BENEQ全新推出的TransformTM 系列设备是专为超越摩尔应用市场提供的具有竞争力的ALD解决方案。TransformTM 平台采用了全新的集群设计和尖端的镀膜沉积技术，可以为8”及以下晶圆的表面沉积多种材料，包括Al2O3、SiO2、AlN、TiN等氧化物与氮化物，并实现完全保形和高均匀性的薄膜沉积。

BENEQ半导体业务负责人Patrick Rabinzohn 表示：“TransformTM 平台兼容单片、批量、热法以及等离子体等功能，是目前业界仅有、集多项功能于一体的通用型先进平台。不仅如此，TransformTM 平台更具备灵活配置的优势，客户可以根据自身需求，选择‘3组ALD模块 + 预加热模块’构建TransformTM的标准配置、或‘2组ALD模块 + 预加热模块’构建TransformTM Lite的简化配置，实现差异化、更具效益的生产和管理方式，并在主流厂商中开拓了意向订单。”

以镀膜沉积50纳米的氧化铝为例，若采用标准配置的TransformTM系统，最多的产量可以达到每小时40片晶圆以上，即使Lite设备也能达到每小时25片以上，这于整个行业对ALD的传统认知可谓颠覆性的技术突破!

据Patrick介绍，BENEQ TransformTM 平台已经通过SEMI S2/S8认证，支持SECS/GEM标准，并逐渐向12”晶圆的成熟沉积技术迈进，将为客户提供了灵活、可靠、高产能的半导体晶圆镀膜量产解决方案。

拓宽市场应用矩阵，以通用型ALD技术赋能广泛行业创新

除了纵向的技术、性能、产能突破，凭借BENEQ先进的通用型ALD技术，思锐智能正在拓展更多前沿垂直行业的应用创新。

在远程连线芬兰专家另一场演讲中，BENEQ半导体业务技术总监Alexander Perros介绍道：“BENEQ通用型ALD技术的超越摩尔应用矩阵十分丰富，包括功率器件、滤波器、MEMS和CIS等。同时，BENEQ针对不同的细分市场推出了不同的ALD解决方案，主要包括高K介电质、表面钝化、ALD成核层、化学阻挡层、防潮层以及抗反射膜等等。“ 例如，表面钝化，可以用不同ALD材料来实现表面钝化，防潮层则在封装上发挥关键作用;这些均在广泛的应用中具备很强的通用性。